《计算机辅助设计与制造》课程实验指导书

《计算机辅助设计与制造》课程

实验指导书

学 院：机械工程与自动化学院 所 在 系：机械工程系

适用专业：机械设计制造及其自动化 编 写 人：王宗彦，吴淑芳，秦慧斌，陆春月

中北大学机械工程系

2006年12月

实验1：凸轮设计加工CAD/CAM一体化实验

1． 实验类型

设计性实验 2． 实验目的

（1）了解机械产品零件三维参数化设计的方法。掌握三维设计软件SolidWorks的使用方法。

（2）了解设计模型和制造模型的转换方法，学会MasterCAM数控编程软件的使用方法，包括毛坯的设计方法、切削用量的设计方法、加工过程的设计方法、加工仿真的实现方法等。

（3）掌握CAD/CAM的集成原理，实现数字化设计制造的集成。 3． 实验内容

（1）根据图纸完成凸轮的三维设计：通过特征造型、实现凸轮的结构、精度设计；

（2）设计零件的加工工艺规程，包括毛坯（原材料）选定，工艺顺序、加工设备、工装、切削用量和加工时间的确定等；

（3）自动数控编程：利用MasterCAM软件，读入凸轮的三维设计模型，该模型一般采用*.IGS格式，用MasterCAM软件生成凸轮的NC文件，实现凸轮的加工过程仿真。 4． 实验要求

根据图1所示的某凸轮工程图（其它凸轮工程图结合当时情况给定），完成以下工作。

图1 凸轮工程图

（1）完成凸轮的三维设计。

（2）设计零件的加工工艺规程，包括毛坯（原材料）选定，工艺顺序、加工设备、工装、切削用量和加工时间的确定等；

（3）生成凸轮的NC文件，实现凸轮的加工过程仿真。 （4）每人一台计算机。 （5）独立完成 5． 设备及软件

硬件：P4计算机

软件：包括SolidWorks，MasterCAM 6． 实验学时

共用4学时 7． 实验结果与报告

提交三维模型、加工代码数据一套；

(1) 整理完成实验报告，包括特征造型的设计步骤、毛坯（原材料）选

定，工艺顺序、加工设备、工装、切削用量和加工时间的确定等、

设计心得、设计封皮等。

8． 实验步骤

8.1 凸轮的SolidWorks建模

（1） 首先打开计算机和SolidWorks软件，选择新建一个零件； （2）以“前视基准面”为操作面，并在图形区域以草图原点为中心绘画直径280mm的圆，单击“拉伸凸台/基体”工具，设置其拉伸高度18mm，单击确定工具完成特征造型设计；

（3）单击“中心线”工具，以草图原点为起点向左画一条长度为40mm的水平直线，并以其端点（O1）画直径为65mm的圆，单击“拉伸凸台/基体”工具，沿相反方向设置其拉伸高度为17mm，单击确定工具完成该特征设计；

（4）根据工程图纸尺寸找出圆心02、O3，以O1为圆心用构造线画半径为69mm的圆，以O2为圆心用构造线画半径为90mm的圆，以O3为圆心用构造线画半径为93mm的圆，以O1为圆心用构造线画半径为150mm的圆；

（5） 在O1上方画一斜直线L1，按住CTRL键选中L1和半径为69mm的圆并添加相切的几何关系，然后按住CTRL键选中L1和半径为90mm的圆并添加相切的几何关系，这样变产生工程图纸尺寸上AB线段，同理可画出HG线段，接着把一些多余曲线或线段用“草图剪裁”工具给剪裁掉；

（6）在图形右上方根据半径为90mm的圆弧和半径为150mm的圆弧位置选用“三点圆弧”工具画一半径为95mm的弧段，按住CTRL键选中半径为90mm的圆弧和半径为95mm的弧段并添加相切的几何关系，然后按住CTRL键选中半径为95mm的弧段和半径为150mm的圆弧并添加相切的几何关系，这样变产生工程图纸尺寸上CD圆弧段，同理可画出半径为

72mm并于半径为93mm和半径为150mm相切的PF圆弧段，接着把一些多余曲线或线段用“草图剪裁”工具给剪裁掉，这样就画出ABCDEFGH封闭的轮廓；

（7）选中ABCDEFGH封闭轮廓上所有弧段和线段，并用“等具实体”工具以15mm距离向里外执行命令，然后删掉ABCDEFGH封闭的轮廓；

（8）以O1为圆心用画半径为17.5mm的圆，选中半径为17.5mm的圆单击”拉伸切除”工具，设置完全贯穿，单击确定工具完成特征造型设计；

（9）以画图原点O为端点用“构造线”工具向右画一条长度为40mm的水平直线，并以其端点画直径为12mm的圆，选中直径为12mm的圆单击”拉伸切除”工具，设置完全贯穿，单击确定工具完成特征造型设计；

（10）数据的导出：选另存文件，并选择另存格式为*.IGS，将完成的模型保存为XXX.IGS，以备MasterCAM生成凸轮的数控代码使用。

（备注：“拉伸切除”工具有时不能达到预期目的，这时须插入基准面，再执行命令。）

8.2 凸轮的SolidWorks建模结果

8.3 利用MasterCAM生成凸轮的数控代码 （1）数据导入

首先打开MasterCAM软件，File/Converters/IGES/Read file，读入由凸轮的SolidWorks建模所生成的*.IGS文件；

（2）凸轮的粗加工

以直径为20的立铣刀采用外行铣削方式加工，选择Toolpaths/Contour/Chain命令，选择加工起始位置后，单击Done按钮。槽的内轮廓串联方向为顺时针方向，外轮廓串联方向为逆时针方向；

由于采用顺铣加工，Compensation direction为Left。Compensation type为Wear，这样在屏幕显示的刀具编程路径偏移一刀具半径值，而且在工件程序中产生G41指令一个偏移暂存器偏移值，偏移值的大小为实际刀具直径与编程设定的刀具直径之间的差值。凸轮槽两侧面各留有0.5mm的精铣余量，槽深不留余量，因为对于该平面凸轮，其工作表面为两侧面。

选取Depth cuts选项，单击Depth cuts按钮，参数设置。在切削过程中，

总切削量由两个参数来决定：Depth 和Z stock to leave，总切削量等于最后切削深度减去Z向预留量。总粗切削次数为总切削量减去精切削的次数乘以精切削进刀量的差除以最大粗切削进刀量的商取整。

Depth cut order采用了深度控制方式，即先在一个深度上铣削所有的外行边界，在进行下一个深度的铣削。

选取Lead in/out选项，单击Lead in/out按钮，进行参数设置。选择了Ramp height值，以确保斜线下刀。

最后生成刀具路径。 （2）精加工

以直径为20的立铣刀采用外行铣削方式加工，采用与粗加工一样的方式，设置精加工刀具参数，Feed rate取100，Spindel取600。Contour parameter选择，XY stock to leave 取0。选取Depth cuts选项，单击Depth cuts按钮，参数设置。

选择Operation命令，出现Operations Manager对话框。单击Select All按钮，单击Verify按钮，实体切削仿真。

Operations Manager对话框中，单击Post按钮，出现对话框，单击Chang Post按钮，选择所需的后处理器，即可生成该平面凸轮工件的数控程序。

8.4数控代码和仿真结果

7

8.5 部分数控代码

% O0000

(PROGRAM NAME - FENG)

(DATE=DD-MM-YY - 15-11-06 TIME=HH:MM - 00:49) N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

( 4. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 5.) N104T1M6

N106G0G90G54X-10.388Y-139.597A0.S1000M3 N108G43H1Z50. N110Z23.

N112G1Z18.F2.2 N114X10.425F76.3 N116Z23.F2.2 N118G0Z50.

N120X18.29Y-138.797 N122Z23. N124G1Z18.

N126X-18.319F76.3 N128Z23.F2.2 N130G0Z50.

N132X-23.511Y-137.997 N134Z23. N136G1Z18.

N138X23.549F76.3 N140Z23.F2.2 N142G0Z50.